钢管混凝土支架在高应力巷道加固中的应用.pdf

第 4期 2 0 0 9年 1 2月 水 力采 煤 与管 道运 输 HYDRAULI C COAL MI NI NG & PI PELI NE TRANSP0RTAT1 0N No 4 De c 2009 钢管混凝土支架在高应力巷道加固中的应用 王长锁宋裕 ( 开滦钱 家营矿 业分 公 司 河北 唐 山 0 6 3 3 0 1 ) 摘 要 ： 利用钢管混凝 土 支架技 术 ， 对八 采轨道 下山进行 加 固修 复 ， 有效地 控制 了围岩 变形 ， 保 证 了巷 道稳定 ， 取得 了良好的技 术经济效果 。 关键 词 ： 钢管混凝 土 支架巷道 加 固 中图分 类号 ： T D 3 5 3 2 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 60 8 9 8 ( 2 0 0 9) 0 4 0 0 1 9 0 3 0 前 言 钱家 营矿八采 区可采 煤量 3 1 3 5万 t 八 采轨 道下 山是八采 区主要 运输 通道 是钱 家营矿 主要 接替采 区 ， 服务 年 限 2 0年 。由于受 2 8 7 1采 面 的 影 响 ， 八采 轨 道 下 山变 形严 重 ， 无 法 满足 使用 要 求 ， 需 要多次 翻修 ， 前后 使用 过锚 网喷 支护 、 U型 钢支架等 多种 支护方式 ， 服务 时 间短 ， 频 繁加 固 ， 浪费大量人 力 和物 力 。2 0 0 8年 5月采 用 钢 管混 凝土支 架 技 术 对 其 修 复 ， 有 效 的控 制 了围 岩 变 形 ， 保证 了巷道 的稳 定 。 延 长巷道 服 务时 间 ， 取得 了良好 的技术 经济效果 。 1工 程 概 况 八采轨道下 山总工程量 8 6 0 m， 巷 道规 格 4 2 3 0 m( 宽 高 )， 巷道 开 口位于 一6 0 0西 轨道大 巷 ， 轨道下 山方位 3 l 3 。 ， 倾 角 1 7 。 ， 巷 中与六采 下 部运煤石 门间距 2 0 m。巷道位 于 1 2一 ， 煤层 以下 2 1 6 m， 岩性 为 中砂岩 、 细沙 岩 、 粉 砂岩 、 煤线 ， 位 于煤 1 2一 ， 底板强含水层 中， 该 含水层 为富含水 性 较强含水层 2钢 管混凝土支 架优 点 钢管混凝土是 一种 新 型结 构 。 它 是在 钢管 外 壳内填装混凝 土组成 的现 代构 件 。其 工作 原理 ： 借助 内填 混 凝 土 ， 增 强管 壳 的稳 定性 ； 借 助钢 管 壳的约束作用使 混凝 土处 于三 向受压 状态 ， 从 而 使夹心混凝 土具 有更 高 的抗 压强 度 和抗 变 形 能 力。钢管混凝 土构 件具 有 圆柱状 外形 ， 是 最合 理 的截 面形 状 ， 它 不仅有 惯 性矩 大 的特 点 ， 而且 无 异 向 性 ， 不 易 扭 曲变 形 。 钢管混凝 土 支 架具 有 突 出 的优 点 是 支 护 能 力强 。与 同质量 的 U型钢支架 相 比 。 其 支护反 力 可达 U型 钢支 架 的 2 5倍 多 。钢管 混凝 土 支 架 是一种 “ 经 济型 高 强 度支 架 ”。 是 “ 性 价 比” 最优 的支护方式 。 3 支护方案 3 1钢 管规 格 支护 钢 管选 用 O1 4 08 5 mm无 缝钢 管 重 量为 2 7 5 7 k g m。 接头 套 管 O1 5 98 mm 无 缝 钢 管 ， 重 量 为 29 79k g m 。 选 型依 据 ： O1 4 08 5 m m 钢 管 混凝 土支 架 支护强度及 承载能力 满足支护要求 ： O1 5 98 mm 接头套管能够 与 O1 4 08 5 m m钢管 匹配 。 3 2混凝土 配制。 所 用混凝土采用 4 2 5 普通 硅 酸盐水 泥配制 ， 采用最大粒径 为 1 5 mm的碎 石作 为粗 骨料 。 优质 河砂 ( 中砂 ) 作为 细骨 料 。在 配制 混凝 土 时掺 人 适 量减水剂 ， 掺 量 为水 泥 重量 的 0 5 ： 掺人 适 量 速凝 剂 ， 掺 量 为水 泥 重量 的 2 5 ： 掺 入适 量 膨胀 剂 ， 掺量为水泥重量 的 2。 3 3 钢管混凝 土支架结构 巷 道 ： 毛断 面 宽 4 6 2 0 mm， 高 3 3 1 0 mm。钢 管 混凝 土支架结构分 为 3段 ： 直墙段长 1 0 0 0 mm： 半 圆拱 段 长 6 5 9 4 mm， 曲率 半 径 2 1 0 0 mm。钢 管 混 凝 土支护方案 如图 1 。 3 4钢管混凝 土支架与巷道 围岩的锚杆 固定 为了使 钢管 混 凝 土 支架 与 巷 道 围 岩密 切 结 合 ， 保证 钢 管混 凝 土支 架 的安 装效 果 ， 支 架 钢管 通过 02 02 1 0 0 m m螺纹 钢锚杆锚 固连接 在巷道 围岩 上， 如图 1 。直 墙段 长 度 1 m， 所 以用 一 根锚 杆 固定 ； 顶 部半 圆拱每节 钢管长度 2 1 9 8 IT I ， 采 用 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 9年 1 2月 水 力 采 煤 与 管 道 运 输 =： ： ：= = 一： ： =：= 第 4期 ， 、 一 1 j 一 l i 斛一 6 L j i 上 ； 目 j ； 一 l I t I 。 。 。 !o 陶 j 钢 管 凝 ： i ： 支护示 意旧 两根锚杆 固定 ， 一侧 一根 。锚杆 沿长度方 向均匀 布置与支架钢管锚 固连接 。 3 5 钢管混凝土支架之间的连接 相邻 支架 的接头套 管之 间用 q b 2 0 mm 圆钢 拉 杆连接 。钢管用锚杆 锚 同于巷道 ， 如图如图 2所 示 。 接头套篱 一 臼 。l JJ 缸 由 2 o 固 钢 拉 f f 盥 要 3 25 图 2 相 邻 支架连 接方 式 3 6接头套管的限位 为防止 接 头 套管 的滑 动 在 】 4 08 5 mH 1 钢管上 沿 周 长 均 匀 焊 置 3块 长 4 0宽 2 0厚 1 O m m的挡板 ， 有效地 防止 接头套管的滑动 其 中 直墙段与半 圆拱上的挡板焊置在下部 ， 如图 3 。 钢 管 边 缘 3 7 支架底脚设 计 钢管混凝士支架 脚部焊 接钢板 底 脚板 规格 为 3 0 02 0 08 1 11 I T I ( 宽 厚 ) 。 3 8 钢管混凝土支架注浆孔 排气孔 的 留设 存距离钢管支架底部 ! 5 m处 的半 圆拱处 留 没注浆 孑 L 。 两 侧注 浆孔对 称 ， 每 侧设 置一 个注浆 孔 (见 冈 1)。 钢 管 混 凝 支 架 立 好 后 ， 在 高 1 5 1 1 1 处 的注浆 孔一 次 注浆 成功 。注 浆完 毕后 。 用螺栓封住注浆孔 钢管混凝 土支架拱 顶设置 一个排 气孑 L 孔 径 2 0mm 、注浆 完 毕前 ， 用 闸 阀连 接排 气 孔 ， 排 气 ； 注浆 完毕后 ， 用螺栓 封住排 气孔 。闸阀转置其 它 注浆孔 ， 继续使用。 3 9 可缩 性 背 板 支架 背 板 采用 双 层结 构 ， 即 混凝 土 板 加 木 板 。之所 以增加 木背板 ， 是 因为钢管 混凝土支架 为 高强度 刚性支架 ， 但 是要允许 巷道返 修支护后 能有 一定 的变形 ， 以使 围岩能够 调整 自身的应力 状态 ， 这样最简单的让压( 允许变形 ) 方式就是让 背板具备一定的可缩性 ， 木 背板是 最 为经 济可缩 性 材 料 靠近 围岩侧采 用 长 8 0 01 4 07 0 ram( 长 宽 厚 ) 的木板 ； 靠 近钢管侧采 用长 8 0 01 4 0 7 0 ram( 长 宽 厚 ) 钢筋 混凝 土 钢 筋混 凝 土 中 采用 4根 直 径 8 mm 的 纵 筋 ， 混 凝 土 强 度 等 级 C2 0 4 施 工 工 艺 图3 挡板位置示意图 支架 的支护施 丁按下 列顺序 进行 ： 采 用风镐 每架支 架需要焊接 挡板 的钢管 有 ： 支架直 墙 刷巷道 ， 刷 出够 支 架 间距 ( 5 0 0 ram) 后 ， 刷 出 l m 段两侧两段 钢管的上端 ： 支架 J = NNNO ! tJ N 及时做好临时支护开始套 架钢 管混凝土 支架 ， 使 弧段两侧两端钢管 的上 用 风锤 打锚杆 固定 钢管混凝 土支架 ， 锚杆用风 动 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 2 0 0 9年 1 2月 水力 采 煤与 管道 运输 HYDRA I I C COAl 1 M I NI NG PI PELI NE TRANSP0RTAT1 0N No 4 De c 2009 、驴 痧护 技 术 经 验 、 2 、 ： 驴 、 ) 堵 源 法治 理 奥 灰 突 水 技 术 在 淄 博 矿 区 的应 用 徐 新启 王洪波 (1 淄 博矿 业 集 团有 限 责任公 司地 质 测量 处 山东 淄博 2 5 51 2 0； 2 淄 博 市张 店煤矿 山 东 淄博 ) 摘 要 ： 在找不 到集 中突水通道 的情 况下 ， 利 用井上 、 下钻 孔 ， 直接对 突水 点 附近的 突水 水 源进 行 注浆堵水 ， 可以节省大量寻找 集 中突水通道 的钻探 工程 ， 在尽 可 能短的 时 间内， 治理 奥灰 突 水 。 关键 词 ： 突水 堵 源 治 理 中图分类号 ： T D 7 4 3 文献标 识码 ： B 文章 编号 ： l 0 0 6-一 0 8 9 8 ( 2 0 0 9) 0 40 0 2 10 3 1 淄博 矿区奥陶 系石灰岩 含水层概 况 2 淄博矿 区两对矿 井奥 灰突水情况 奥 陶 系石 灰 岩 是 煤 系 地 层 的 基 底 ， 总 厚 度 8 2 0 m左右 ， 有 广 阔 的地 表 露 头 含 水 丰富 ， 其 特 点 ： 露 头 广 阔 ， 含水 丰 富。在奥 陶系 灰 岩 山 下 与煤 系地层接触带及 断层 构造 带 ， 常以上 升泉 形 式排泄 ， 淄博 向斜 盆地 区历史上 上升 泉流量 曾达 2 3 7 67 9 3 4万 m d， 历 史 上 矿井 一 次最 大 突 水量达 2 6 5 8 0 m h； 富水性 分 区 明显 。富 水性 极 不 均匀 ， 受 构 造 和埋 藏深 度 制约 ， 富 水性 差 异 大 。单位 涌 水 量 q=0 0 0 0 26 5 2 3 l 1 s m； 奥灰水力联 系广泛 。 区内奥灰 水位 比较一 致 ， 水 力联 系较 广泛 ， 裂 隙连通 性较 好 。所 见奥灰 岩溶 不 受层 位 限制 ， 但与 标 高有 明显 的相关 性 地 表 岩溶 大致 发育在 4个高程上 ： +5 8 0 + 5 1 0 m， + 3 70 +33 0m ，+220 +2 00n l ，+70 + 3 0m。 岭 子煤 矿 和光 正公 司 ( 原 石谷 煤 矿 ) 是淄 博 矿 区两 对 老 矿 井 ， 2 0 0 6年 核 定 生产 能 力 分 别 是 7 2万 t a和 3 6万 t a 。 开采 煤层 是受 奥灰 含水 层 威胁 的 1 0煤层 、 9煤层 ， 奥灰 突水 系数 达 0 0 8 0 。 1 3 MP a m。奥 灰 突 水 的工 作 面 分别 是 岭 子 煤 矿 1 0 41 0工作 面和 光 正公 司 9 9 0下 山采 区北 六 T作面 。 2 1 岭子煤矿 1 0 4 l 0工作 面奥灰突水经过 岭子煤矿 1 0 4 0采 区 为开采 受 底板奥 灰高 承 压水威胁 的 1 0煤层 第 4个采 区 ， 双翼 布 置 ， 采 用 综采设备 生产 。1 0 4 1 0工作 面为西翼第 5个 工作 面 ， 走 向长 7 5 0 m， 采用 条 带 开采 方 式 ， 开采 宽 度 5 0 m。 两面之 间 留有 净 宽 3 0 m 的 防水 隔 离煤 柱 。 回采 前 对 该 面 进 行 了探 查 ， 1 0 煤 层 距 奥 灰 顶 面 扳手 上紧 ， 用可缩 性 背板将 支架 插严 背实 。然后 再开始刷巷 道 ， 架设 下一 架钢 管混凝 土支 架 。够 l 0架后 ， 统一 注射混凝土 。 5施工注意事项 现场施 工时 ， 严格 按 照施 r 艺 及施 一 I I 序作业 。 要确保 支护参数与设计参 数 一致 。 混凝 土灌 注应 按 要 求 进 行 ， 确保 密 实 ， 并 一 次不 问断地 完成 。 应在巷道设 点进行 围岩 变形观测 。 6支 护 效 果 从 2 0 0 8年 5月开 始对 八采 轨道 下 山采 用钢 管混凝土 支架 加 固到现在 有 1年多 时间 ， 通过 十 字布点 法检测 ， 两帮变形量仅 为 5 5 mm， 上下 变形 量为 4 5 mm， 可 见采 用 钢管 混凝 土 支架 加 固高 应 力巷道 ， 可有效缓 减巷道 变形 量 ， 避免 频繁套 修 ， 节 约大 量人 力 和 物力 ， 保证 了 采 区的正 常衔 接 ， 经济效益显 著。 作者 简 介 ： 王 长锁 ( 1 9 6 5一)， 男， 开滦 钱 家营 矿 业 分公 司 生产 技 术 部 副主任 矿建助理工程师。电话 ： O 3 l 5 3 0 6 4 8 0 8 ， 主要从事矿建 技 术研 究 收 稿 日期 ： 2 0 0 90 40 7 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m